一種基于嵌入式技術的高性能G.SHDSL路由器的設計

摘 要：本文介紹了基于嵌入式技術[1]的一種G.SHDSL[2]設備的硬件設計方案，著重說明了設備核心部件的選擇及其工作過程，以太網接口模塊及控制方式，G.SHDSL成幀器及其模擬前端、RS232調試口、電源模塊以及告警指示燈等的設計思路等。結合系統軟件工作流程，從引導加載程序、Linux內核、文件系統、用戶應用程序等四個層次設計系統的軟件設計方案。

關鍵詞：嵌入式技術；G.SHDSL；路由器

中圖分類號：TN919.3 文獻標識碼：A

1 G.SHDSL硬件設備[3]的設計

本設備的結構主要包括微處理器、存儲器、以太網接口模塊、G.SHDSL成幀器及其模擬前端、RS232調試口、電源模塊以及告警指示燈。

設備的核心部件是嵌入式處理器，它控制、輔助整個系統的運行。嵌入式處理器有很多，綜合考慮性能、功耗、價格、供貨保證、開發工具的配備以及過去的開發經驗和軟件的支持等因素，最終選擇了MotoIora MPC859T處理器。由于CPM分擔了嵌入式PowePC核的外圍工作任務，因此極大地滿足了控制層繁重的任務處理及傳輸層高帶寬的要求，而且這種雙處理器體系結構的功耗要低于傳統體系結構的處理器。

4端口的10/100Base-T通過交換芯片與MPU的快速以太網控制器（Fast Ethernet Controller，FEC）連接，采用MII接口方式，接口符合IEEE802.3規范；不僅實現和有線局域網的橋接，還可以實現系統程序的以太網下載，將其燒寫進Flash中。MPC859T擁有2個串行管理通道（Serial Management Channel，SMC），本設備使用其中一個連接本地PC的RS232串口，實現本地管理、控制和維護；另一個用于與G.SHDLS芯片的通信。MPC859T通過串行通信控制器連接G.SHDSL芯片的ATM接口。

在移植的Linux源代碼中，根據目標進行半裁減定制，以適合目標系統，盡量少占用系統內存。操作系統定制后將其連接到目標的應用程序上，成為應用程序的一部分，并對低級系統的初始化文件進行修改，使之符合目標板的需要。對于MPC859T，所有軟件都固化在板上Flash內，Flash的內容可通過燒寫工具來更新升級。存儲應用程序的Flash和用作程序運行、保存臨時文件的2片SDRAM可通過MPC859T的系統集成單元（System Integration Unit，SIU）連接。本設備可選用一塊90nS訪問時間的AMD 29LV320MB芯片，提供4M×8位共8MB Flash ROM，具有足夠的帶寬和存儲空間；另外它還具有不活動狀態零功耗特性，符合本設備低功耗的設計原則。

2 軟件設計方案

本系統從引導加載程序、Linux內核、文件系統、用戶應用程序等四個層次設計系統的軟件部分。

2.1 引導加載程序

Boodoader（引導加載程序）是CPU復位后和進入操作系統之前執行的一段代碼，主要用于完成由硬件啟動到操作系統啟動的過渡，為操作系統提供基本的運行環境。本文用的是支持多種CPU體系結構、功能強大的PPCBoot。

2.2 Linux內核移植

由于嵌入式系統是針對特定應用的，而且資源有限，所以標準Linux無法應用到嵌入式系統中，因此必須根據本設備的實際情況對Linux進行裁剪、配置，從而產生一個適用的嵌入式Linux操作系統。Linux內核的移植包括獲取源代碼、修改設置、裁減配置和編譯。

2.3 ATM驅動程序

數據是以ATM信元來傳輸的，所以要實現ATM的驅動。在ATM驅動中，與眾不同的是：因為ATM是面向連接的，在此設備控制結構中，需要定義一個通道連接結構來管理虛電路的連接。此通道連接結構的主要元素有：通道標識、業務類型、發送連接表、接收連接表、發送緩沖描述符（BD）鏈表、接收BD鏈表等。業務類型定義了由通信的兩個主機協商好的業務類型。發送、接收連接表是為匹配MPC8360的硬件要求定義的。

2.4 以太網的橋接和路由

網絡地址轉換（Network Address Translation，NAT），一個IETF標準，允許一個整體機構以一個公用IP（Internet Protocol）地址出現在Internet上。顧名思義，它是一種把內部私有網絡地址（IP地址）翻譯成合法網絡IP地址的技術。NAT有三種類型：靜態NAT（Static NAT）、動態地址NAT（Pooled NAT）、網絡地址端口轉換NAPT（Port-Level NAT）。網絡地址端口轉換NAPT（Network Address Port Translation）是人們比較熟悉的一種轉換方式。NAPT普遍應用于接入設備中，它可以將中小型的網絡隱藏在一個合法的IP地址后面。NAPT與動態地址NAT不同，它將內部連接映射到外部網絡中的一個單獨的IP地址上，同時在該地址上加上一個由NAT設備選定的TCP端口號。

路由信息協議（RIP）是以跳數作為metric的距離向量協議。RIP廣泛用于全球因特網的路由，是一種內部網關協議，即在自治系統內部執行路由功能。外部網關路由協議，如邊緣網關協議，在不同的自治系統間進行路由。

2.5 應用層

為了便于設備的操作和管理，提供VT100配置、SNMP配置和Web Server配置等方式。

3 總結

本文利用嵌入式Linux技術，提出了一種實符合國際標準、支持多種業務類型、兼容性好的G.SHDSL路由器的設計方案，經過測試檢驗，達到了預期目標。

參考文獻

[1] 魏慶福，鄭文波.嵌入式系統的技術發展和我們的機遇[J].自動化博覽，2002，4：5-8.

[2] 林曉勇，呂珺.基于G.SHDSL技術的用戶線路倍增系統設計[J].信息技術， 2006，3：34-35.

[3] 詹特倫，等.基于CX28975芯片組帶E1接口的G.SHDSL設備的設計與實現[J].電信科學，2005，21（3）：49-52.

作者簡介：

吳克文（1980-），男，碩士，講師.研究領域：計算機網絡技 術，計算機信息安全，電腦芯片級維修，數據恢復技術.